Cómo la Luna puede ayudar a entender la composición del universo

Un estudio de la Universidad de Tel Aviv ha predicho por primera vez los resultados innovadores que se pueden obtener con la detección de ondas de radio desde la Luna.

Los hallazgos del documento muestran que este tipo de señales, cuando son medidas, pueden usarse para una nueva prueba del modelo cosmológico estándar para determinar la composición del universo, así como el peso de las partículas de neutrinos y posiblemente ayudar a los científicos a obtener otra pista sobre el misterio de la materia oscura. Las conclusiones fueron publicadas en la revista especializada Nature Astronomy.

Los investigadores, liderados por el profesor Rennan Barkana, de la Escuela Sackler de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv en la Facultad de Ciencias Exactas Raymond & Beverly Sackler, además del becario postdoctoral Dr. Rajesh Mondal, señalaron que la edad oscura cósmica, el período preciso antes de la formación de las primeras estrellas, se puede estudiar detectando ondas de radio emitidas por el gas de hidrógeno que llenaba el universo en ese momento, según advierten en un comunicado de prensa emitido por la casa de altos estudios israelí.

Pese a que se crea que cada automóvil tiene una antena que puede detectar ondas de radio, las señales específicas del universo primitivo están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra. Es decir que sólo pueden estudiarse desde el espacio, en particular desde la Luna, que ofrece un entorno estable libre de interferencias de la atmósfera o de las comunicaciones por radio.

Por supuesto, poner un telescopio en la luna no es una cuestión sencilla, pero asistimos a una carrera espacial internacional en la que muchos países intentan regresar al satélite con sondas espaciales y, eventualmente, astronautas. Las agencias respectivas de EE. UU., Europa, China y la India están buscando objetivos científicos valiosos para el desarrollo lunar, y la nueva investigación destaca las perspectivas de detectar ondas de radio de la era oscura cósmica.

“El nuevo telescopio espacial James Webb de la NASA descubrió recientemente galaxias distantes cuya luz recibimos del amanecer cósmico, unos 300 millones de años después del Big Bang. Nuestra nueva investigación estudia una era aún anterior y más misteriosa: la Edad Oscura cósmica, sólo 50 millones de años después del Big Bang”, señaló Barkana.

Y agregó: “Las condiciones en el Universo primitivo eran bastante diferentes a las actuales. El estudio combina el conocimiento actual de la historia cósmica con varias opciones de observaciones de radio, con el fin de revelar lo que se puede descubrir. Específicamente, calculamos la intensidad de las ondas de radio determinada por la densidad y la temperatura del gas hidrógeno en varios momentos, y luego mostramos cómo se pueden analizar las señales para extraer de ellas los resultados deseados”.

Los investigadores valoran que los hallazgos pueden ser muy significativos para la comprensión científica de nuestra historia cósmica, de modo que con una sola antena lunar se pueda probar el modelo estándar de cosmología para ver si es posible explicar las edades oscuras cósmicas o si, por el contrario, fue, por ejemplo, una perturbación inesperada en la expansión del universo que apuntaría hacia un nuevo descubrimiento.

Además, con un equipo compuesto por un conjunto de antenas de radio, se puede determinar con precisión la composición del universo, específicamente, la cantidad de hidrógeno y helio que contiene. Aquél es la forma original de la materia ordinaria del universo, a partir de la cual se formaron las estrellas, los planetas y, finalmente, nosotros mismos.

Una determinación precisa de la cantidad de helio también es de gran importancia, ya que permitiría explorar el período antiguo, aproximadamente un minuto después del Big Bang, en el que ese compuesto se formó, cuando todo el universo era esencialmente un reactor nuclear gigante. Con un conjunto aún mayor de antenas lunares, también será posible medir el peso de los neutrinos cósmicos, partículas diminutas que se emiten en diversas reacciones nucleares; su peso es un parámetro desconocido y crítico en el desarrollo de la física más allá del modelo estándar establecido de física de partículas.

“Con las observaciones lunares, tal vez sea posible descubrir varias propiedades de la materia oscura, la misteriosa sustancia que sabemos que constituye la mayor parte de la materia del Universo, pero que no sabemos mucho sobre su naturaleza y propiedades. Claramente, las edades oscuras cósmicas están destinadas a arrojar nueva luz sobre el Universo”, concluyó Barkana.

* Rajesh Mondal es investigador y becario postdoctoral en Astrofísica en la Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Tel Aviv, Tel Aviv, Israel. Rennan Barkana es profesor de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv, Israel. Ambos son coautores del trabajo científico. La información contenida en este artículo periodístico se desprende de la investigación denominada “Perspectivas de una cosmología de precisión con la señal de 21 cm de la Edad Media”, publicada en Nature Astronomy. Además del comunicado de prensa emitido por la Universidad de Tel Aviv.